авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 |
-- [ Страница 1 ] --

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ОТДЕЛ

Лаборатория дифференциальных уравнений

Лаборатория математического моделирования фазовых переходов

ОТДЕЛ ВЗРЫВНЫХ ПРОЦЕССОВ

Лаборатория высокоскоростных процессов

Лаборатория динамических воздействий

ОТДЕЛ ФИЗИЧЕСКОЙ ГИДРОДИНАМИКИ

Лаборатория механики многофазных сред и кумуляции

Лаборатория вихревых движений жидкости и газа

Лаборатория физики высоких плотностей энергии

ОТДЕЛ МЕХАНИКИ ДЕФОРМИРУЕМОГО ТВЕРДОГО ТЕЛА Лаборатория статической прочности • Лаборатория механики композитов • Лаборатория механики разрушения материалов и конструкций • ОТДЕЛ БЫСТРОПРОТЕКАЮЩИХ ПРОЦЕССОВ Лаборатория динамики гетерогенных систем • Лаборатория газовой детонации • Лаборатория физики взрыва • Лаборатория детонационных течений • ОТДЕЛ ПРИКЛАДНОЙ ГИДРОДИНАМИКИ Лаборатория прикладной и вычислительной гидродинамики • Лаборатория экспериментальной прикладной гидродинамики • Лаборатория гидроаэроупругости • Лаборатория фильтрации • КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ФИЛИАЛ ИГиЛ ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ОТДЕЛ Заведующий отделом академик Л.В.Овсянников Лаборатория дифференциальных уравнений Лаборатория математического моделирования фазовых переходов ЛАБОРАТОРИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ Заведующий лабораторией д.ф.-м.н. А.П.Чупахин ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ • Групповой анализ дифференциальных уравнений механики сплошных сред.

• Качественная теория дифференциальных уравнений механики жидкости и газа.

• Математическая теория нелинейных волновых процессов в неоднородных средах.

• Математическое моделирование движений стратифицированных жидкостей, смесей и сред с усложненными свойствами.

Тематика лаборатории соответствует следующему приоритетному направлению фундаментальных исследований РАН:

3.5. Общая механика, динамика космических тел, транспортных средств и управляемых аппаратов;

биомеханика;

механика жидкости, газа и плазмы, неидеальных и многофазных сред;

механика горения, детонации и взрыва, программе Сибирского отделения РАН:

3.5.1. Построение и анализ новых математических моделей движения сложных сред и критическим технологиям РФ:

– Экология и рациональное природопользование:

• технологии мониторинга и прогнозирования состояния атмосферы и гидросферы;

• технологии снижения риска и уменьшения последствий природных и техногенных катастроф.

РЕЗУЛЬТАТЫ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ ПРОГРАММЫ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СО РАН ПРОЕКТ: 3.5.1.1. Построение, обоснование и теоретико-групповой анализ математический моделей сложных сред (н.г. 01.2.007 06887).

Выведены новые математические модели теории длинных волн, описывающие пространственные вихревые течения со свободной границей. Найдены условия гиперболичности и исследована их связь с устойчивостью течений. Построены новые точные решения.

Исследовано влияние нелинейной дисперсии и обрушения на структуру нелинейных волн в однородной и стратифицированной жидкостях. Построен новый класс гиперболических дисперсионных уравнений, существенно расширяющий классическую теорию мелкой воды.

Изучены симметрии пространственных уравнений теории длинных волн на вращающейся плоскости. Дано аналитическое описание частично инвариантных решений уравнений газовой динамики и магнитной гидродинамики. Получены иерархии регулярных частично инвариантных подмоделей. Построены новые точные решения, позволяющие выявить пространственную структуру стационарных и нестационарных движений.

На основе группового анализа дифференциальных уравнений исследованы качественные свойства решений многомерных моделей механики сплошных сред.

Исследована модель мелкой воды на вращающейся притягивающей сфере: изучены особенности распространения звуковых возмущений в атмосфере, дано описание простых стационарных волн, представляющих собой циркуляционные ячейки.

РОССИЙСКИЙ ФОНД ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЕКТ: Развитие теоретико-групповых методов исследования математических моделей механики сплошных сред (08-01-00047).

Исследованы многомерные автомодельные решения уравнений газовой динамики с политропным уравнением состояния, обладающие частичной сферической симметрией.

ПРОЕКТ: Исследование влияния реальных эффектов на развитие нелинейных процессов в жидкостях и газах (построение новых математических моделей и их изучение) (07–01–00609).

Получена и исследована нелинейная интегро-дифференциальная модель движения идеальной несжимаемой жидкости в открытом канале с переменным сечением в приближении длинных волн. Выведено характеристическое уравнение, определяющее скорости распространения возмущений в жидкости. Сформулированы необходимые и достаточные условия обобщенной гиперболичности уравнений движения и вычислена характеристическая форма системы. В случае канала постоянной ширины модель приводится к интегральным инвариантам Римана, сохраняющимся вдоль характеристик.

Установлено, что в процессе эволюции течения тип уравнений движения может меняться, что соответствует возникновению длинноволновой неустойчивости при некотором распределении скорости по ширине канала.

ПРОГРАММА ПОДДЕРЖКИ ВЕДУЩИХ НАУЧНЫХ ШКОЛ ПРОЕКТ: Групповой анализ и волны в неоднородных средах (НШ–2826.2008.1).

Изучены соотношения на скачке для течений с сильным разрывом. Показано, что параметры течения за скачком определяются некоторой кривой, являющейся аналогом (theta, p)-диаграммы в газовой динамике. В частном классе решений построены ударная поляра и примеры течений с гидравлическим прыжком.

Исследована при некоторых дополнительных предположениях проблема интегрирования переопределенной системы дифференциальных уравнений, соответствующей частично-инвариантному решению уравнения Шредингера с кубической нелинейностью.

Рассматривается система уравнений Грина-Нагди, описывающая распространение длинных волн на поверхности жидкости во втором приближении. Вычислены дифференциальные инварианты алгебры Ли симметрии и ее операторы инвариантного дифференцирования. Доказана теорема о базисе дифференциальных инвариантов алгебры симметрии уравнений Грина-Нагди. Описаны связи между дифференциальными инвариантами, порождаемые операторами инвариантного дифференцирования и самими дифференциальными уравнениями.

ПРОГРАММЫ ОТДЕЛЕНИЯ РАН ПРОЕКТ: Аналитическое исследование нелинейных волновых процессов в пространственно–неоднородных течениях жидкости под действием внешних силовых полей (№ 14.14.1).

Исследовано инвариантное решение ранга один уравнений движения политропного идеального газа. Решение описывает стационарные движения газа типа плоских вихрей и закрученных струй. Изучены движения различных типов: вихри в виде источников и стоков, неограниченный разлет и коллапс газа.

В квазиодномерном приближении изучены течения газожидкостной среды в соплах Лаваля, найдены условия запирания потока и развития кавитационной зоны.

Изучены стационарные течения несжимаемой идеальной плазмы. Дано аналитическое описание течений с постоянным полным давлением. Показано, что контактные магнитные поверхности таких течений являются поверхностями переноса, то есть образуются при параллельном переносе одной пространственной кривой вдоль другой. Даны примеры таких решений.

ИНТЕГРАЦИОННЫЕ ПРОГРАММЫ СО РАН ПРОЕКТ: Теоретико-групповые и геометрические методы исследования нелинейных моделей механики сплошных сред и математической физики: точные решения, интегрируемость, сингулярность (№ 65).

Исследована возможность построения инвариантных решений уравнений Клебша, описывающих вихревые движения. Изучены особенности решений.

Изучена эволюция внутренних волн большой амплитуды, распространяющихся на берег. Проведено экспериментальное исследование нелинейных внутренних волн второй моды. Построена математическая модель, описывающая распространение уединенной волы и ее понижение над наклоном.

ГРАНТЫ ПРЕЗИДЕНТА РФ ПРОЕКТ: Численное и аналитическое исследование распространения длинных волн на течениях жидкости со свободными границами с учётом реальных физических эффектов (МК-4417.2009.1).

Для системы уравнений мелкой воды над неровным дном разработаны и построены сбалансированные консервативные численные схемы высокого порядка точности. Схемы обладают свойством сохранения стационарных решений и корректно моделируют распространение малых возмущений на стационарных решениях.

На основе двухслойной мелкой воды с поверхностным турбулентным слоем найдена структура течения над наклонным дном с препятствием, описывающая, в частности, эксперименты Байнса (2003).

Публикации Статьи в научных журналах – Доклады в трудах конференций – Доклады на конференциях Международные конференции – (из них на территории России) – Всероссийские конференции – Международные связи В.Л. Ляпидевский проводил совместные научные исследования в экспедиции «Изучение гравитационных потоков в глубоководных каналах Атлантики» (Аргентина-Польша), апрель–май 2009 г, организация с российской стороны Институтом океанологии им.

П.П. Ширшова РАН.

Научно-педагогическая деятельность Акад. Л.В. Овсянников НГУ – семинар: «Групповой анализ дифференциальных уравнений».

Проф. В.Ю. Ляпидевский НГУ – семинар: «Волны в неоднородных средах».

Проф. В.И. Налимов НГУ – лекции и семинары: «Математический анализ».

Проф. А.П. Чупахин НГУ – лекции: «Групповой анализ дифференциальных уравнений»;

семинар:

«Групповой анализ дифференциальных уравнений».

Доц. С.В. Головин НГУ – лекции и семинары: «Введение в механику сплошных сред»;

семинары:

«Теоретическая механика», «Математическое моделирование в механике сплошных сред».

Доц. Е.В. Мамонтов НГУ – лекции и семинары: «Дифференциальные уравнения».

Доц. А.А. Чесноков НГУ – лекции и семинары: «Механика сплошных сред: жидкости и газы»;

семинары:

«Групповой анализ дифференциальных уравнений».

Доцент. А.А. Черевко НГУ – лекции и семинары: «Математический анализ».

Асс. А.К. Хе НГУ – семинары: «Вычислительная математика».

Асс. К.Н. Гаврилова НГУ – семинары: «Математический анализ», «Высшая алгебра».

Научно-исследовательская работа со студентами и аспирантами Студентов IV курса НГУ – Студентов V курса НГУ – Студентов VI курса НГУ – Аспирантов ИГиЛ СО РАН – Аспирантов НГУ – Внешние поощрения Грант Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых – кандидатов наук (МК-4417.2009.1) (А.К. Хе).

К.Н. Гаврилова защитила диссертацию на соискание ученой степени кандидата физико математических наук. 22 декабря 2009 года состоится защита диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук С.В. Головиным.

Кадровый состав (на 01.12.2009 г.) Всего сотрудников – Научных сотрудников – в том числе: докторов наук – кандидатов наук – ЛАБОРАТОРИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ Заведующий лабораторией чл.–корр. РАН П.И.Плотников ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ • Обоснование корректности краевых задач гидродинамики и механики деформируемого твердого тела.

• Математическая теория нелинейных волн.

• Математические проблемы теории фазовых переходов.

• Уравнения Навье-Стокса вязкой сжимаемой жидкости.

• Сингулярные течения идеальной жидкости.

• Математические проблемы теории трещин.

Тематика лаборатории соответствует следующему приоритетному направлению фундаментальных исследований РАН:

3.5. Общая механика, динамика космических тел, транспортных средств и управляемых аппаратов;

биомеханика;

механика жидкости, газа и плазмы, неидеальных и многофазных сред;

механика горения, детонации и взрыва программе Сибирского отделения РАН:

3.5.1. Построение и анализ новых математических моделей движения сложных сред.

РЕЗУЛЬТАТЫ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ ПРОГРАММЫ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СО РАН ПРОЕКТ: 3.5.1.2. Математический анализ моделей динамики сплошных сред со сложной реологией, стратификацией и включениями (н.г. 01.2.007 06888).

В рамках вариационной модели, выведена топологическая производная, которая связана с изломом трещины в условиях возможного контакта её берегов.

Асимптотический анализ задачи изменения топологии проведен на основе обобщенного принципа Сен-Венана и локального разложения в ряд Фурье. Рассмотрена пространственная модель трещины с условиями непроникания в рамках численной оптимизации. Применяя представление Папковича-Нойбера, доказана безусловная глобальная и монотонная сходимость прямого-двойственного метода активных множеств для численной реализации задачи, и представлены результаты вычислений.

В проекте рассмотрена задача о равновесии системы упругих тел, одно из которых имеет трещину, а второе может интерпретироваться как заплатка в вершине трещины.

Таким образом, речь идет о равновесии системы упругих тел с налегающими областями.

При этом на берегах трещины заданы краевые условия вида неравенств, исключающие взаимное проникание берегов. Тензор модулей упругости второго тела зависит от положительного параметра. При каждом значении этого параметра найдена формула для производной функционала энергии по длине трещины. В предельной задаче, соответствующей нулевому значению этого параметра, также найдена формула для производной функционала энергии. Основной результат состоит в обосновании сходимости производных при стремлении параметра к нулю. Рассмотрена также задача о равновесии двух упругих тел, склеенных по заданной линии. При этом вдоль линии расположена трещина, на берегах которой выполнены нелинейные краевые условия взаимного непроникания берегов. Исследованы предельные переходы при стремлении параметра жесткости одного из тел к бесконечности. Проведен анализ предельной задачи.

В частности, найдена производная функционала энергии по длине трещины. Показано, что формула для этой производной может быть записана в виде инвариантного интеграла по кривой, окружающей вершину трещины.

Проведено исследование задачи о равновесии упругого тела, содержащего трещину, которая выходит на внешнюю границу под нулевым углом. Установлена разрешимость задачи и дано обоснование метода фиктивных областей.

Получена формула для производной функционала энергии по параметру возмущения области для пластины Кирхгофа-Лява с криволинейной вертикальной трещины, на берегах которой заданы условия одностороннего ограничения – условия непроникания берегов. Формула выведена для общего достаточно гладкого возмущения области.

Исследована задача о контакте упругого тела с балкой. Найдены краевые условия, выполненные на возможном множестве контакта, и дано полное описание характера их выполнения. Исследованы асимптотические свойства решений и функционала энергии при стремлении параметров жесткости к бесконечности или изменении длины балки.

Доказана единственность решения ряда краевых задач, описывающих протекание идеальной несжимаемой жидкости сквозь заданную область в случае достаточно нерегулярных решений. А именно, указанный результат получен для решений, вихрь скорости в которых неограничен и принадлежит специальным функциональным классам Орлича. Требования на эти классы Орлича (т.е. на порождающие их N-функции) сформулированы в терминах легко проверяемого интегрального условия. Рассмотренные задачи протекания относятся к менее исследованному случаю (однако более интересному для приложений), когда на участке втекания задается не вихрь, а компоненты скорости.

Доказано существование асимметричных гравитационных волн на поверхности бесконечно глубокого бассейна, заполненного идеальной жидкостью. Обнаружено существование бокового дрейфа Стокса усредненного отклонения траектории жидких частиц от направления распространения волны.

В рамках проекта исследована новая модель динамики упругого тела в вязкой несжимаемой жидкости. В этой модели тело движется, не меняя своей формы, а в каждой его точке находится осциллятор, колебания которого описываются уравнениями линейной упругости. Этот подход согласуется с классическим подходом линейной теории упругости. Для предложенной модели удалось доказать глобальную обобщенную разрешимость краевой задачи (до момента первого столкновения тела с границей области течения).

Рассмотрена многомерная модель динамики вязкого сжимаемого баротропного газа с быстроосциллирующими начальными распределениями плотности. Математически строго обоснована процедура гомогенизации для этой модели в случае большого (больше трех) показателя адиабаты, и, как результат – построена корректная гомогенизированная модель движения газа. При этом не предполагалось наличия какой-либо упорядоченной структуры (типа периодичности, квазипериодичности, случайной однородности) для начальных распределений.

РОССИЙСКИЙ ФОНД ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЕКТ: Математические задачи динамики неоднородной жидкости (07-01-00309).

Впервые получено строгое математическое обоснование процедуры гомогенизации для модели динамики вязкого сжимаемого баротропного газа с быстроосциллирующими начальными распределениями плотности при отсутствии какой-либо упорядоченности начальных распределений. Центральная новизна в процедуре гомогенизации заключается в использовании метода кинетического уравнения. Построенное в рамках процедуры кинетическое уравнение является в гомогенизированной модели дополнительным и замыкающим. Оно содержит информацию о тонких свойствах осцилляций, выраженную в терминах меры Янга.

ПРОЕКТ: Нелинейная волновая динамика неоднородной жидкости (07-01-92212).

Сформулирован и доказан принцип минимального числа разрывов для сингулярных возмущений невыпуклых вариационных задач в одномерном случае. Показано, что при стремлении параметра регуляризации к нулю предел решений регуляризованной вариационной задачи с невыпуклым функционалом является решением нерегуляризованной задачи с минимально возможным числом разрывов.

ПРОЕКТ: Задача о динамике твердого тела в вязкой жидкости (07-01-00550).

Доказана разрешимость задачи о движении линейно упруго тела в вязкой несжимаемой жидкости в постановке, предложенной В.Н. Старовойтовым и Б.Н.

Старовойтовой.

ПРОЕКТ: Процессы вертикального и горизонтального массообмена при трансформации и разрушении длинных внутренних волн (09-01-00427).

Новая модель второго приближения теории мелкой воды, учитывающая наличие непрерывной стратификации вне пикноклина и сдвига скорости, позволяет оценить степень влияния этих факторов на параметры нелинейных волн конечной амплитуды.

Установлена тесная связь между полученными условиями ветвления сопряженных течений и условиями существования предельных режимов уединенных внутренних волн в виде волн типа плато.

ПРОГРАММЫ ОТДЕЛЕНИЯ РАН ПРОЕКТ: Анализ математических моделей движения многокомпонентных сжимаемых жидкостей (№ 2.14.4).

Охарактеризованы спектральные свойства задачи о стационарных внутренних волнах на поверхности раздела однородной и стратифицированной жидкостей. В предположении, что перепад плотности на границе раздела слоев и градиент плотности внутри стратифицированного слоя имеют одинаковый порядок малости, выведена приближенная модель, описывающая бегущие нелинейные длинные волны. Получены необходимое и достаточное условия ветвления решений уравнения Дюбрей-Жакотэн– Лонга, описывающего сопряженные (т.е. согласованные в смысле законов сохранения массы, импульса и энергии) сдвиговые течения непрерывно стратифицированной жидкости.

ИНТЕГРАЦИОННЫЕ ПРОГРАММЫ СО РАН ПРОЕКТ: Оптимальное управление и обратные задачи для систем уравнений с распределенными параметрами в негладких областях (№ 90).

Проведено исследование задачи о равновесии упругого тела, содержащего объемное включение и отдельно расположенную трещину. При этом параметр жесткости включения является параметром управления, а функционал качества в рассматриваемой задаче оптимального управления совпадает с производной функционала энергии по длине трещины. Допускаются значения параметра жесткости, равные нулю и бесконечности.

Первый случай соответствует пустоте, а второй – наличию объемного жесткого включения. Таким образом, речь идет о задаче оптимального управления коэффициентами уравнений в теории упругости для тела, содержащего трещину. Важно отметить, что параметр управления следует искать на множестве, допускающем образование пустот и жестких включений. Основной полученный результат состоит в доказательстве существования решения задачи оптимального управления.

ГРАНТЫ ПРЕЗИДЕНТА РФ ПРОЕКТ: Анализ математической корректности некоторых многомерных моделей гидродинамики с применением интерполяционных свойств операторов в пространствах Орлича (МК-213.2008.1).

Доказаны теоремы единственности нескольких краевых задач для системы уравнений Эйлера, описывающих протекание идеальной несжимаемой жидкости сквозь заданную область (в двумерных и трехмерных течениях). Указанные теоремы получены при достаточно слабых ограничениях на гладкость входных данных и решений этих задач. А именно, предполагалось, что вихрь скорости течения не является ограниченным, а принадлежит специальным функциональным классам Орлича.

Публикации Статьи в научных журналах – Доклады в трудах конференций – Препринты и монографии – Доклады на конференциях Международные конференции – Всероссийские конференции – Международные связи Совместная научная работа чл.-корр. РАН П.И. Плотникова в университете г. Нанси (Франция).

Совместная научная работа доктора физ.-мат. наук А.М. Хлуднева в университете г. Эрланген (Германия).

Совместная научная работа доктора физ.-мат. наук В.А. Ковтуненко в университете г. Грац (Австрия).

Научно-педагогическая деятельность Зав. кафедрой НГУ П.И. Плотников Руководство кафедрой.

Проф. А. М. Хлуднев НГУ – лекции: “Механика сплошных сред: твердое тело”;

лекции : “Вариационное исчисление”.

Проф. Н. И. Макаренко НГУ – лекции и семинар: “Волны в сплошных средах”;

лекции: “Прикладной функциональный анализ”;

семинар: “Функциональный анализ”.

Проф. В.Н. Старовойтов НГУ – лекции: “Математический анализ”.

Доц. Ж. Л. Мальцева НГУ – семинар: “Математический анализ”.

Доц. С. А. Саженков НГУ – лекции: “Функциональный анализ”;

НГУ – семинар: “Вариационное исчисление”.

Доц. А. Е. Мамонтов НГУ – лекции и семинар: “Уравнения математической физики”;

семинар:

“Функциональный анализ”.

Доц. Е. М. Рудой НГПУ – лекции: “Математический анализ”;

НГУ – семинар: “Математический анализ”;

семинар: "Функциональный анализ".

Ассист. И. В. Кузнецов НГУ – семинар: “Математический анализ”.

Научно-исследовательская работа со студентами и аспирантами Аспирантов – Студентов НГУ – Кадровый состав (на 01.12.2009 г.) Всего сотрудников – Научных сотрудников – в том числе: докторов наук – кандидатов наук – ОТДЕЛ ВЗРЫВНЫХ ПРОЦЕССОВ Заведующий отделом академик В.М.Титов Лаборатория высокоскоростных процессов Лаборатория динамических воздействий ЛАБОРАТОРИЯ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ПРОЦЕССОВ Заведующий лабораторией к.ф.–м.н. В.В.Сильвестров ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ • Исследование процессов импульсного нагружения и деформирования гомогенных и гетерогенных сред для создания научных основ получения новых материалов.

• Нейтронография и синхротронное излучение для изучения конденсированного состояния вещества.

Тематика лаборатории соответствует следующему приоритетному направлению фундаментальных исследований РАН:

3.5. Общая механика, динамика космических тел, транспортных средств и управляемых аппаратов;

биомеханика;

механика жидкости, газа и плазмы, неидеальных и многофазных сред;

механика горения, детонации и взрыва, программе Сибирского отделения РАН:

3.5.6. Детонационные и ударно-волновые процессы в газовых, гетерогенных и конденсированных средах и критическим технологиям РФ:

– композиты;

– керамические материалы и нанокерамика;

– авиационная и космическая техника с использованием новых технических решений, включая нетрадиционные компоновочные схемы.

РЕЗУЛЬТАТЫ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ ПРОГРАММЫ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СО РАН ПРОЕКТ: 3.5.6.2. Исследование поведения гомогенных и гетерогенных сред при высокоэнергетическом воздействии (н.г. 01.2.007 06892).

1. Ударно-волновые исследования материалов, моделирующих состав мантии Земли.

В настоящее время предполагается, что повышенная скорость распространения продольных сейсмических волн в нижней мантии Земли обусловлена свойствами ее главного компонента – высокобарической фазы со структурой перовскита. Эта фаза образуется из преобладающих в верхней мантии минералов – оливина и пироксена при давлениях порядка 180-200 кбар. Такой переход фиксировался в ударно-волновых экспериментах. Так в работе: Zizheng Gong, Lin He, et al. Sound velocity of (Mg0.92,Fe0.08)SiO3 perovskite up to 140 shock pressure and its geophysical implications // Shock compression of condensed matter – 2005, показано, что при измерении продольной скорости звука в ходе ударного сжатия природного энстатита в диапазоне 68 83 ГПа регистрируется скачок, который авторы связывают именно с этим фазовым переходом.

До сих пор свойства перовскитовой фазы исследованы лишь фрагментарно по причине трудности ее получения в статических экспериментах при высоком давлении в количествах, достаточных для детального изучения. В связи с этим поставлена задача сохранения вещества после ударного нагружения и подробного его исследования на предмет возможного получения высокобарической фазы со структурой перовскита.

В 2009 г. продолжены эксперименты по сохранению модельного вещества при ударно-волновом нагружении образцов (EnFs10). Образцы спекались под давлением 3 кбар в течение 19 часов при температуре 1000C, при этом плотность образцов 2.86 г/см3, достигала 87% от максимально возможной плотности. При ударном нагружении пористых образцов до высоких давлений температура в ходе эксперимента превышает 1000 °C.

Поскольку предполагалось, что образование фазы высокого давления будет происходить в твёрдом состоянии, то были продолжены эксперименты по понижению температуры образцов в ходе ударного нагружения. Для этого разработаны экспериментальные сборки, в которых образцы перед нагружением охлаждались до температуры жидкого азота. В отдельных экспериментах само нагружение происходило через прокладку жидкого азота толщиной 10 мм, расположенную перед сборкой, чтобы снизить температуру образца в первой ударной волне. Подобная постановка резко понижала остаточную температуру ампулы сохранения и самого образца. Сохранённое после нагружения вещество исследовалось методом рентгенофазовый анализа в Институте гидродинамики СО РАН на дифрактометре D8 Advance. Также как и ранее, рентгенофазовый анализ показал чётко выраженную аморфизацию исходной кристаллической фазы, в то же время образование диагностируемого количества высокобарических фаз не установлено. Работа проводилась совместно с Институтом геологии и минералогии СО РАН.

Один из возможных путей получения высокобарической перовскитовой фазы – создание условий, при которых её образование происходит из исходных компонентов смеси за счёт диффузии, вызванной механическим (ударно-волновым) воздействием, то есть так называемой, баллистической диффузии.

2. Ударно-индуцированное световое излучение полимеров. Проведены эксперименты, в которых метод оптической пирометрии применялся для измерения температуры при ударном сжатии полиметилметакрилата (ПММА) и фторопласта Ф-4. Для повышения точности измерений разработан и собран четырехканальный спектрометр в видимом диапазоне длин волн на четырех линиях 380, 470, 550 и 630 нм. В каждом эксперименте проведена одновременная регистрация относительных спектральных яркостей торца образца. Проанализированы условия, при которых спектр рассеянного излучения образца совпадает со спектральными характеристиками излучения, регистрируемого с торца образца. Обработка результатов измерений показала, что излучение описывается спектром серого тела и может рассматриваться, как тепловое. Уточненное значение температуры ударно-сжатого фторопласта при давлении 50 ГПа составило T = 3100 ± 200 K. Проведены также эксперименты, в которых на четырех длинах волн 380, 470, 550 и 630 нм измерялись спектральные яркости ПММА при давлении ударного сжатия 35 ГПа.

Зарегистрировано значительное уменьшение спектральной составляющей излучения на длине волны 380 нм. Выполнена оценка яркостной температуры ПММА на длине волны 630 нм, которая составила T = 2000 ± 200 K. Измеренное значение температуры хорошо согласуется с оценкой, проведенной на основе разработанного ранее уравнения состояния ПММА.

Работа поддерживается программой Президиума РАН № 12.11.

3. Изучение ударно-волнового воздействия на смесь алюминия с серой. Смесь алюминия с серой в весовом соотношении 0.35/0.65 – энергетический материал, реагирующий с большим выделением тепла, 1150 ккал/кг, что соответствует мощным взрывчатым веществам. Исходные компоненты и продукты взаимодействия при нормальных условиях являются твёрдыми веществами. В настоящее время в смеси получить самоподдерживающийся детонационный процесс пока не удалось, однако за фронтом затухающей ударной волны наблюдается существенный рост температуры и регистрируется подобие химического пика. Считается, что реакция начинается непосредственно за фронтом ударной волны. Однако информация о пороге начала реакции, её скорости и глубине превращения отсутствует. Также остаётся открытым вопрос о наличии промежуточных газообразных продуктах реакции, которые могли бы способствовать установлению стационарного детонационного режима при взаимодействии алюминия с серой.

В 2009 г были поставлены опыты, целью которых было сохранение смеси порошков алюминия с серой после ударно-волнового воздействия в цилиндрической ампуле сохранения. Смесь помещались в стальную трубу, которая обжималась скользящей детонацией насыпного заряда аммонита 6ЖВ+NaCl. При нагружении ампула вскрылась.

Рентгенофазовый анализ собранного из ампулы материала показал, что это сульфид алюминия. Разрыв ампулы свидетельствует о наличии газовой компоненты внутри герметичного объёма.

Проведён эксперимент, направленный на определение области внутри ампулы, в которой происходит реакция между компонентами непосредственно за фронтом ударной волны. Для этого активная смесь была разбавлена графитом в пропорции 2/1, где две массовые доли приходятся на графит. В этом случае ударно-волновой импеданс смеси остаётся прежним, и, следовательно, распределение давлений в ампуле изменяется не сильно. При большом содержании графита в образце невозможно распространение волны горения, а теплоотвод из прореагировавших частиц алюминия с серой в крупные и относительно холодные частицы графита заморозит картину распределения фаз в образце после разгрузки. Нагружение ампулы было аналогично первому эксперименту. После нагружения восстановлено распределение фаз в образце. Взаимодействие серы с алюминием произошло только вдоль оси образца. По периметру этой зоны наблюдается большое количество пор.

Таким образом, предложен способ качественной оценки пороговых значений температуры и давления начала реакции за фронтом ударной волны в активных смесях, а именно: разбавление смеси материалом с плотностью и ударно-волновым импедансом, близким к соответствующему значению для смеси. Количество добавляемого инертного материала и его фракция выбираются из условия быстрой закалки продуктов реакции.

Показано, что при нагружении ударными волнами смеси алюминия с серой газообразным промежуточным компонентом являются пары серы.

4. Исследование детонационных процессов в эмульсионных ВВ. Продолжено исследование низкоскоростных эмульсионных ВВ (ЭмВВ) с плотностью 0.5 0.7 г/см3 и скоростью детонации 1.8 3.2 км/с. Плотность ЭмВВ регулируется добавлением в эмульсию полых микросфер из стекла в количестве mмс сверх массы эмульсии.

Отношение масс микросфер и эмульсии mмс/mэм = µ. Установлена немонотонная зависимость критической толщины кр плоского слоя ЭмВВ от количества микробаллонов. Минимальная кр 2 мм достигается при µ 8 %. кр увеличивается до 4 мм при уменьшении µ до 5 % и до 12 мм при увеличении µ до 50 %. Подобное поведение очевидно: без сенсибилизатора ( µ = 0) эмульсия не взрывается, а при большом количестве инертных включений объемная доля взрывчатого компонента – эмульсии – существенно уменьшается.

Показано, что при заключении заряда эмульсионного ВВ в оболочку из металла влияние боковой разгрузки сводится к минимуму, и критический диаметр уменьшается, по крайней мере, в 6 раз. До диаметра, при котором наблюдался бы «отказ», дойти не удалось: пока не решена проблема корректной регистрации скорости детонационного процесса со скоростью, меньшей скорости звука в материале оболочки.

Получена экспериментальная оценка срока хранения при нормальных условиях низкоскоростных эмульсионных ВВ при µ = 20 и 50 % и двух материалах горючей фазы:

индустриального масла и твердого парафина. Показано, что на протяжении 36 дней скорость детонации ВВ изменяется незначительно, но материал горючей фазы влияет на стабильность параметров ЭмВВ. Эмульсия на основе парафина имеет существенно более высокую стабильность параметров детонации из-за более высокой вязкости.

Рассмотрено применение ЭмВВ для сварки взрывом металлической трубки малого диаметра с моделью трубной доски. При изменении отношения линейной массы эмульсионного ВВ к массе трубки от 0.2 до 0.32 получена как качественная распрессовка трубки, так и сварка взрывом с волнообразованием, обеспечивающая герметичное соединение трубки с втулкой. В последнем случае не требуется дополнительная термическая проварка по торцу трубки для обеспечения герметичности соединения труба / втулка. Этот пример показывает, что низкоскоростные эмульсионные ВВ могут быть полезными и во взрывной технологии сварки тонкостенных трубок малого диаметра с трубными досками.

Работа поддерживается грантом РФФИ № 09-08-00164 и программой Президиума РАН № 12.10.

5. Модель динамического деформирования аэрогеля на основе двуокиси кремния. Для описания поведения высокопористого материала аэрогеля построена модель максвелловского типа, основанная на представлениях о релаксации касательных напряжений и удельного объёма (плотности) в процессе деформирования. Для замыкания системы и конкретизации модели построены замыкающие соотношения, представляющие собой обобщенное уравнение состояния материала. Это зависимость удельной внутренней энергии от первого и второго инвариантов тензора деформаций и энтропии, учитывающая нешаровой характер тензоров деформации и напряжения, и зависимости для времен релаксации касательных напряжений и удельного объёма от параметров, характеризующих внутреннее состояние среды. Для определения параметров зависимостей используются прямые и косвенные экспериментальные данные (традиционные уравнения состояния, ударные адиабаты сплошного и пористого материала, данные о распространении ударных волн, зависимость сопротивления необратимому деформированию от скорости деформации и т.д.).

Для апробации построенной модели решен ряд задач ударно-волнового деформирования для сплошного и пористого материала. Проведен прямой расчет ударных адиабат (определялись параметры ударной волны при задании массовой скорости на одной из границ расчетной области). Данные сравнивались с экспериментальными ударными адиабатами, в том числе, с данными, полученными с помощью использования синхротронного излучения. Рассчитывались изэнтропы разгрузки из ударно сжатого состояния. Решены задачи о затухании плоских ударных волн с догоняющими волнами разрежения.

6. Решение задач теплопроводности во фрактальных средах. Для решения задач теплопроводности во фрактальных средах привлекается дробное интегро дифференциальное исчисление, то есть в уравнение теплопроводности вводятся производные дробного порядка. На предыдущих этапах исследования были рассмотрены основные определения дробных производных и методы решения классического уравнения теплопроводности с дробными производными. Анализ результатов решения ряда задач показал, что для решения конкретных задач предпочтительно использовать методы, основанные на определениях Римана-Лиувилля и Капуто, а также модифицированный метод конечных разностей. Эти результаты использовались для развития такого подхода к моделированию процессов распространения тепла во фрактальных средах. В отличие от предыдущих исследований, рассматривалось гиперболическое уравнение теплопроводности, учитывающее конечность скорости распространения тепла. Для численного решения задач теплопроводности использовался апробированный ранее конечно-разностный метод. С использованием этого же численного метода решены задачи о распространении теплового импульса для различных значений параметра, характеризующего размерность фрактальной среды.

7. Исследование неоднородностей при деформировании полимерных пленок методом Теплера. Для исследования эволюции неоднородностей в полимерных пленках применялся метод Теплера, адаптированный ранее к терагерцовому излучения. Для отладки и тестирования методики схема была перестроена для проведения исследований в оптическом диапазоне длин волн. В качестве источника излучения в данном случае использовался лазер, генерирующий излучение с длиной волны 656 мкм, а визуализация осуществлялась с помощью видеокамеры с микроканальным усилителем света.

Исследуемые образцы изготавливались из полиэтиленовой и фторопластовой пленок и подвергались растяжению. C помощью разработанной методики расчета восстановлено распределение толщины пленки в зависимости от координаты, поперечной к направлению растяжения. При исследовании растяжения пленок в терагерцовом диапазоне излучение фиксировалось с помощью матрицы микроболометров. Получены зависимости распределения толщины полиэтиленовой пленки от приложенной нагрузки. Сравнение полученных результатов с результатами непосредственных замеров толщины с помощью микрометра показало хорошую точность, получаемую с помощью измерений с применением терагерцового излучения.

ПРОЕКТ: 3.5.6.1. Исследование детонационных процессов в газовых, гетерогенных и конденсированных средах, в том числе для создания фундаментальных основ технологий (н.г. 01.2.007 06891).

Нейтронография и синхротронное излучение для изучения конденсированного состояния вещества. Эксперименты выполнялись совместно с сотрудниками лаборатории физики взрыва ИГиЛ, Центра синхротронной диагностики при ИЯФ им. Г.И. Будкера и Институтом химии твердого тела и механохимии. Межинститутское взаимодействие поддерживалось Интеграционным проектом СО РАН № 11. Исследования велись на стенде, созданном в ИЯФ на накопительном кольце установки ВЭПП-3. От лаборатории высокоскоростных процессов в проекте участвовали академик Титов В.М. (руководитель работ) и д.ф.-м.н. Мержиевский Л.А.

Кинетика детонационных процессов в плотных ВВ. Одной из основных проблем этого направления является установление физико-химической и газодинамической модели детонационного процесса, т.е. «очередности» основных явлений при разложении ВВ, реакции между компонентами продуктов взрыва, образованием твердой фазы (обычно углерода в алмазной и неалмазных формах). Эти задачи находятся сейчас на пределе возможностей прямого наблюдения, т.к. речь идет о единицах и десятках наносекунд.

Пока основной материал в этой области получают косвенным путем, посредством прецизионных интерферометрических измерений. Полезную информацию (но тоже косвенную) могут дать современные методики измерения электропроводности продуктов детонации. Методы малоуглового рассеяния рентгеновского (синхротронного) излучения (МУРР) при длительности импульса излучения ~ 1 нс и частоте повторения ~ 100-200 нс приближаются по требованиям к временным характеристикам процесса, являясь одновременно невозмущающим и более «прямым» путем исследования детонационного превращения.

Одним из наиболее значимых результатов, полученных исследователями ИГиЛ, ИЯФ, ИХТТМ при использовании методики МУРР для диагностики процессов детонации ВВ с отрицательным кислородным балансом (т.е. дающим при взрыве свободный углерод) стало установление факта отсутствия в первые десятки наносекунд процесса частиц углерода (в т.ч. наноалмазов) размером более 1,52 нм (эти величины соответствуют нижнему пределу чувствительности методики). Эксперименты выполнялись на смеси тротил/гексоген 50/50, временной интервал между кадрами 125 нс.

Этот факт был дополнен регистрацией в чётко сопоставимых условиях относительного количества конденсированного углерода в продуктах детонации методом МУРР. Эти измерения зафиксировали рост сигнала малоуглового рассеяния от образующихся частиц в зависимости от времени после прохождения детонационной волны.

Эти две группы экспериментов однозначно показали, что конденсированная фаза (углерод и наноалмазы) формируется в нормальных размерах (46 нм) не «на фронте»

детонационной волны, как предполагали некоторые исследователи (не затрудняясь определением понятия «фронт»), а за более длительное время на изэнтропе продуктов детонации за плоскостью Чепмена-Жуге.

РОССИЙСКИЙ ФОНД ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЕКТ: Исследование динамики и кинетики детонационных процессов с использованием усовершенствованного метода синхротронной диагностики (08-03-00588).

За отчетный период выполнена работа по созданию системы рентгеновской регистрации двумерной картины взрывных процессов. Поток рентгеновских квантов, прошедших через образец, преобразовывается на люминесцентном экране в поток фотонов видимого света, который регистрируется скоростной камерой HFSC-PRO.

Каждый кадр снимается на отдельную CCD матрицу размером 1280-1024 пикселя. Были исследованы все доступные типы сцинтилляторов со временем затухания 25 нс.

Прошла тестирование система синхронизации, проведены первые взрывные эксперименты с регистрацией проходящего излучения.

Руководитель проекта – академик Титов В.М.

ПРОЕКТ: Разработка эмульсионных ВВ для сварки металлов взрывом (09-08-00164).

Информация о выполненных исследованиях представлена в разделе «Результаты научно-исследовательских работ». Руководитель проекта – к.ф.-м.н. В.В. Сильвестров.

ПРОГРАММА ПОДДЕРЖКИ ВЕДУЩИХ НАУЧНЫХ ШКОЛ ПРОЕКТ: Механика ударно-волновых и детонационных процессов (НШ-8583.2006.1).

Научная школа по механике ударно-волновых и детонационных процессов функционирует на базе лабораторий Института и кафедры физики сплошных сред НГУ.

Школа содействует привлечению в Институт способной молодежи из НГУ и других вузов, оказывает материально-техническую поддержку исследованиям по тематике школы.

В 2009 году на материальную поддержку студентов и магистрантов НГУ, аспирантов ИГиЛ по тематике школы было израсходовано 108 тыс. руб., на обеспечение учебного процесса на кафедре физики сплошных сред 100 тыс. руб., на поддержку командировок молодых исследователей Института – 25 тыс. руб.

Около 59 тыс. руб. израсходовано на организацию стенда по использованию лазерного измерителя скоростей VALYN THREE-BEAM VISAR System у взрывной камеры Института (блок № 4).

Руководитель школы – академик В.М. Титов.

ПРОГРАММЫ ПРЕЗИДИУМА РАН ПРОЕКТ: Синхротронная диагностика формирования углеродных наночастиц при детонации нетрадиционных взрывчатых веществ (№ 12.9).

Поставленные эксперименты относятся к исследованию свойств взрывчатого вещества ТАТБ и составов на его основе. Синхротронная диагностика позволила получить распределение плотности в детонационной волне в этих составах. Для ТАТБ значение плотности в пике Неймана 2,68 г/см3, ширина зоны химической реакции – около 1 мм.

Получено объёмное распределение плотности в разлетающихся продуктах взрыва для веществ на основе ТАТБ. Проведённые эксперименты с регистрацией МУРР синхротронного излучения показали, что сразу за зоной химреакции фиксируются частицы углерода малого размера 1,5 – 2 нм;

судя по амплитуде сигнала – это графитообразный углерод.

Научный руководитель проекта – академик В.М. Титов.

ПРОЕКТ: Низкоскоростные эмульсионные ВВ (№ 12.10).

Информация о выполненных исследованиях представлена в разделе «Результаты научно-исследовательских работ». Научный руководитель проекта – к.ф.-м.н.

В.В. Сильвестров.

ПРОЕКТ: Излучение частично-прозрачных веществ при ударном сжатии (№ 12.11).

Информация о выполненных исследованиях представлена в разделе «Результаты научно-исследовательских работ». Научный руководитель проекта – к.ф.-м.н.

С.А. Бордзиловский.

ИНТЕГРАЦИОННЫЕ ПРОГРАММЫ СО РАН ПРОЕКТ: Исследование поведения кристаллической решетки взрывчатых веществ и конденсированных наночастиц во время детонации методами дифрактометрии синхротронного излучения (№ 11).

Интеграционный междисциплинарный проект служит цели объединения исследователей из разных институтов Сибирского отделения для решения комплексных задач современной науки. В рамках проекта одной из таких задач является исследование поведения взрывчатого вещества в зоне химической реакции детонационной волны.

Неслучайно эта задача тесно соприкасается с другой постановкой, в которой уже довольно давно найдено положительное технологическое решение – с синтезом ультрадисперсного алмаза (наноалмаза) при детонации ВВ с отрицательным кислородным балансом, т.к.

время появления в продуктах детонации УДА есть важный «маркер» для исследуемого процесса.

Сейчас одной из принципиальных экспериментальных постановок является попытка сделать «двумерный» рентгеновский снимок детонационного фронта с высоким разрешением. Возможности по времени экспозиции здесь имеются, т.к. и на используемом оборудовании (ВЭПП-3) длительность импульса не превышает 1 нс. В ходе дальнейших работ по проекту его участники будут стремиться использовать предоставленные Сибирским отделением и ИЯФ им. Г.И. Будкера возможности для понимания и детальной расшифровки явления детонации.

Научный руководитель проекта – академик В.М. Титов.

ПРОЕКТ: Фундаментальные вопросы физической химии газовых гидратов – исследования в интересах практического использования (№ 62).

В рамках ЦКП «Механика» проводилась работа по исследованию структуры газовых гидратов на дифрактометре D8 Advance для Института неорганической химии СО РАН.

Методом порошкового рентгенофазового анализа установлена структура полигидратов исследуемых карбоксильных катионитов в серии (C4H9)4NCOORn (n = 0.5, 1, 2, 3 %).

Показано, что они изоструктурны и кристаллизуются в тетрагональной сингонии с параметрами элементарной ячейки, которые хорошо соответствуют идеализированной ячейке тетрагональной структуры I (ТС-I) клатратных гидратов тетрабутиламмониевых солей с мономерным анионом. Анализ порошкограммы образца полигидрата состава (C4H9)4NCOORn 30,0 Н2О (n = 0.5 %) показал, что параметры элементарной ячейки в пределах ошибки не отличаются от полученных для других образцов. Получены также дифрактограммы образцов соответствующих полиакрилатов с 80 и 60 % замещением доступных позиций на тетраалкиламмониевый катион (остальные позиции оставались в протонированной форме), а также для образцов водных растворов глицина различной концентрации. В настоящее время выполняется обработка этих данных.

Руководитель проекта от ИГиЛ – к.ф.-м.н. В.В. Сильвестров.

ПРОЕКТ: Разработка методов оценки и диагностики работоспособности ответственных объектов техники и сооружений при критических и предкритических состояниях материала и повышенных нагрузках (№ 115).

Проект выполняется сотрудниками лабораторий высокоскоростных процессов и механики разрушения материалов и конструкций Института гидродинамики им. М.А.

Лаврентьева СО РАН совместно с Институтом машиноведения УрО РАН и Институтом теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича. По разделам проекта, выполняющимся в ИГиЛ, получены следующие результаты.

Построены и апробированы модели вязкоупругого тела максвелловского типа для описания деформирования и разрушения полимерных материалов (полиметилметакрилата, фторопласта) в квазистатическом и динамическом диапазоне нагружения и двуокиси кремния, для которой в модели учитывается фазовый переход из аморфной фазы в коэсит и стишовит.

Проведены расчеты и экспериментальная проверка закономерностей неоднородности необратимых деформаций в полимерных материалах. При изучении зарождения трещин в окрестности концентратора напряжений использована теория прочности Кулона-Мора. По результатам экспериментов на совместное растяжение (сжатие) и сдвиг образцов из оргстекла построена кривая прочности типа Кулона-Мора.

Проведены эксперименты по разрушению квадратных пластин из оргстекла с внутренними вырезами. В процессе испытания наблюдалось зарождение симметричных трещин, которые росли при дальнейшем увеличении нагрузки. Вывод о характере разрушения (нормальный отрыв или сдвиг) сделан на основе численного анализа напряженно-деформированного состояния пластины методом конечных элементов.


Экспериментально исследована неоднородность деформирования на образцах из ПММА, подвергавшихся сжатию в широком интервале изменения скорости нагружения.

Анализ полученных диаграмм деформирования показывает, что кривые содержат участки прерывистой (скачкообразной) текучести, то есть, наблюдаются макроскопические проявления неоднородности и неустойчивости необратимой деформации. Определены области деформации, в пределах которой реализуется прерывистая текучесть. Выявлено, что в ряде случаев существуют скачки на диаграммах деформирования, по крайней мере, трех характерных масштабных уровней. Исследована связь характеристик прерывистой текучести с условиями нагружения.

Научный руководитель проекта – д.ф.-м.н. Л.А. Мержиевский.

Внешние поощрения Титов В.М. – неправительственная премия «Триумф» в номинации «Механика и технические науки».

Публикации Статьи в научных журналах – Доклады в трудах конференций – Доклады на конференциях Международные конференции – (из них на территории России) – Межреспубликанские (СНГ) и Всероссийские конференции – Научно-педагогическая деятельность Акад. Титов В.М.

НГУ – лекции «Введение в механику импульсных процессов»

Доц. Сильвестров В.В.

НГУ – лекции «Физические явления при ударном сжатии»

Проф. Мержиевский Л.А.

НГУ – лекции «Физика ударных волн в конденсированных средах», «Механика сплошной среды. Теория пластичности»

НГТУ – лекции «Прикладная механика сплошных сред», «Физика взрыва и удара».

Доц. Бордзиловский С.А.

НГУ – семинары «Общая физика», практикум «Введение в информационные технологии»

Преп. Караханов С.М.

НГУ – лекции «Взрывчатые вещества»

Преп. Юношев А.С.

НГУ – семинары «Общая физика»

Научно-исследовательская работа со студентами и аспирантами Аспирантов – Студентов НГУ – Студентов НГТУ – Кадровый состав (01.12.2009 г.) Всего сотрудников – Научных сотрудников – В том числе: докторов наук – кандидатов наук – ЛАБОРАТОРИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ Заведующий лабораторией д.т.н. И.В.Яковлев ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ • Исследование процессов импульсного нагружения и деформирования гомогенных и гетерогенных сред для создания научных основ получения новых материалов.

Тематика лаборатории соответствует следующему приоритетному направлению фундаментальных исследований РАН:

3.5. Общая механика, динамика космических тел, транспортных средств и управляемых аппаратов;

биомеханика;

механика жидкости, газа и плазмы, неидеальных и многофазных сред;

механика горения, детонации и взрыва, программе Сибирского отделения РАН:

3.5.6. Детонационные и ударно-волновые процессы в газовых, гетерогенных и конденсированных средах.

РЕЗУЛЬТАТЫ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ ПРОГРАММЫ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СО РАН ПРОЕКТ: 3.5.6.2. Исследование поведения гомогенных и гетерогенных сред при высокоэнергетическом воздействии (н.г. 01.2.007 06892).

Экспериментальное определение зависимости электрической проводимости алюминия при ударном сжатии в диапазоне давлений до 20ГПа. Определение параметров детонационных волн в эмульсионных взрывчатых веществах. Модифицирован бесконтактный метод экспериментального определения зависимости электрической проводимости немагнитных металлов и сплавов от давления при ударно-волновом нагружении. Метод основан на регистрации индукционным датчиком характерного времени затухания вихревых токов в фольге из исследуемого металла. Токи индуцируются магнитным полем неодимсодержащих малоразмерных магнитов.

Расположение магнитов относительно фольги таково, что реализуется дифференциальная схема измерений, позволяющая вычесть из сигнала индукционного датчика часть, связанную с движением фольги.

После такого вычитания, регистрируемый сигнал содержит сведения лишь о процессе затухания токов в фольге, а, следовательно, о ее электрической проводимости.

Для определения проводимости алюминия по его ударной адиабате рассчитывалось изменение толщины фольги в момент нагружения, а по модели Ми-Грюнайзена, вычислялось изменение ее температуры. На самом деле, давление в фольге становится равным давлению в окружающей среде после ряда ревербераций, но мы считали, что в указанном диапазоне давлений расчеты температуры и сжимаемости алюминия можно вести по ударной адиабате, ввиду ее близости к изоэнтропе. В результате расчетов определялось отношение V0 / V = ( p, T ) ( p, T ) / 0 0, где ( p, T ), ( p, T ) проводимость и толщина алюминиевой фольги при давлении и температуре ударного сжатия, 0, 0 – эти же величины при нормальных условиях.

В линейном приближении зависимость проводимости от давления в диапазоне до ГПа при импульсном нагружении, может быть представлена в виде ( p, T ) / (0, T ) = 1 + (0.013 ± 0.005) p, где давление берется в ГПа. Заметим, что изменение характера зависимости сопротивления от давления при 10 Гпа, обнаруженное в работе других авторов, в наших опытах не наблюдается. Это указывает на то, что с повышением давления влияние неконтролируемой деформации, как чувствительного элемента, так и элементов измерительной системы в контактных измерениях существенно искажает достоверность результатов экспериментов.

Таким образом, бесконтактным методом экспериментально определена электрическая проводимость алюминия при динамическом нагружении. Показано, что постановка экспериментов, исключающих влияние неконтролируемой деформации, позволяет получать достоверные результаты с высокой точностью.

Этим же методом исследовался процесс выхода детонационной волны эмульсионного взрывчатого вещества (ВВ) на инертную преграду. Показано, что регистрацию массовой скорости в такой постановке можно вести только при условии тепловой изоляции фольги от продуктов детонации ВВ. Этот факт дает основу для разработки метода прямого измерения температуры за детонационным фронтом конденсированных ВВ.

Проведены опыты по метанию металлических пластин плоскими зарядами эмульсионного ВВ. Реостатным методом определены профили метаемых пластин для различных составов, при разных отношениях масс заряда и пластины.

Определение механизма формирования мезокомпозита с включениями, содержащими наноразмерные частицы диборида титана, в процессе квазидинамического прессования. Выявлено, что основой определения механизма формирования мезокомпозита (МК) с включениями может служить анализ деформационных микроструктур. При этом микроструктуры исследовались после квазидинамического компактирования и последующих механических испытаний. Механические испытания проводились на растяжение, сжатие и на циклическое сжатие до 20000 циклов.

Использованный процесс получения МК с упрочняющими включениями, содержащими высокопрочные наночастицы диборида титана (TiB2), включает сочетание методов самораспростаняющегося высокотемпературного синтеза (СВС) и квазидинамического высокоскоростного прессования (КВП).

В результате СВС получен продукт состава 60%Cu и 40% TiB2 в виде агломератов, которые затем подвергались механоактивации в высокоэнергетической планетарной шаровой мельнице (ВПЭШМ).

Полученный продукт СВС разбавлялся в ВПЭШМ порошком – основой МК до определенного содержания TiB2. Этот процесс определен, как механолегирование. В качестве основы МК использовались внутреннеокисленная (ВО) и чистая медь.

С помощью КВП из механолегированных порошков получали монолитный материал.

Установлено, что КВ метод изготовления монолитного материала, характеризуемый большими деформаацией и скоростью деформации ( 300%, 0,5с-1), привел к уменьшению на порядок размера агломератов (от 5 10 мкм до 0.5 2мкм).

Роль деформации на формирование микроструктуры четко проявляется при исследовании исходных образцов МК с основой из ВОМ, отличающейся высоким пределом текучести. Установлено, что материал в процессе компактирования испытывает интенсивное пластическое течение, затекая в агломераты и разрушая их (рис.3а). О степени развития деформации в материале основы МК можно судить по фрагментации микроструктуры и сдвигам в объем включений. В цилиндрических образцах МК, подвергнутых обжатию наблюдается текстурирование микроструктуры в направлении максимальных касательных напряжений как основы МК, так и включений. Последние легко наследуют изменения матрицы из-за подвижности наночастиц TiB2, не имеющих связи с медью. Характер сформированной микорструктуры МК с основой – чистая медь идентичен МК с основой – ВОМ. Микроструктура МК-ов сохраняется после отжига при 9500С в течение 10 часов.

Таким образом, приведенные результаты показывaют, что основным механизмом самоорганизации микроструктуры сформированного мезокомпозита является большая высокоскоростная деформация при квазидинамическом прессовании.

ИНТЕГРАЦИОННЫЕ ПРОГРАММЫ СО РАН ПРОЕКТ: Интерфейсы в гетерогенных средах как многоуровневые системы.

Периодичность распределения напряжений и процессы массопереноса в физике, механике, химии и материаловедении (№ 1).

Варьирование параметрами, определяющими создание нового материала, с целью повышения физико-механических характеристик конечного материала. Определено изменение микроструктуры и физико-механических свойств нового высокопрочного композиционного материала (МК), полученного методом квазидинамического экструдирования, от количества вводимых в него включений, а также определена его термостабильность. Материал представляет собой основу – каркас из внутреннеокисленной меди (ВОМ) и упрочняющие включения - нанокомпозит, состоящий из 60%Cu и 40% TiB2 в виде наночастиц диборида титана - TiB2 размером 100нм.

Количество включений – нанокомпозита рассчитывается по содержанию диборида титана.


Решение поставленной задачи и диапазон изменения содержания TiB2.определены выяснением возможности сохранения как высоких механических свойств, так и сохранения высокой электропроводности материала, предназначенного для использования в узлах высокоэлектропроводящих установок.

Содержание TiB2 в композиционном материале изменялось от 6об% до 10об%.

Исследована микроструктура и проводено измерение размера частиц TiB2 - D, микротвердости – H v и электросопротивления – R. Измерения D и H v проводились как для исходного состояния материала непосредственно после изготовления, так и после отжига при 9500 в течение 10 час.

В табл.1, 2 и 3 представлены результаты измерения размера частиц TiB2 – D, микротвердости – H v и электросопротивления – R. Электросопротивление полученного композита сравнивалось с электросопротивлением ВОМ.

Таблица 1. Средние значения размеров частиц TiB2 - D ср.

ВОМ, 10 ВОМ, 10 ВОМ, 6 ВОМ, Основа, об% TiB Состояние Исх. Отжиг исх. Отжиг 9500С,10ч 9500С,10ч D ср. (нм) 90 98 95 Таблица 2. Средние значения H v ср.

Материал ВОМ, 10% TiB2 ВОМ, 6% TiB 196 H v ср исх 197 H v ср отж. 9500 10ч Таблица 3. Электросопротивление R.

( R МК / R ВОМ) % Матер. ВОМ МК, (10об% TiB2 ) R, Ом R ср 25,68 26,72 R мин 29,91 R макс 36,0 32, Приведенные результаты показывают, что выбранный диапазон изменения количества включений в полученном композите не привел к заметным изменениям микроструктуры и свойств, как в исходном, так и в отожженном состоянии.

ПРОГРАММЫ ОТДЕЛЕНИЯ РАН ПРОЕКТ: Получение мезоструктурных композитных материалов с упрочняющим компонентом, содержащим наноразмерные высокопрочные частицы (№ 2.13.6.).

Исследования были направлены на оптимизацию условий создания мезокомпозиционных (МК) материалов с высокими эксплуатационными характеристиками на основе металлической матрицы, упрочненной агломератами, содержащими высокопрочные наночастицы TiB2. Выбор состава агломератов нанокомпозита и способа его изготовления основывался на планируемых свойствах конечного материала. С целью увеличения связи на границах основа композита – упрочняющая составляющая в качестве основы агломератов использована медь. Для получения агломератов, представляющих нанокомпозит состава Сu – ТiВ2 использован метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Нанокомпозит изготовлен из смеси порошков титана, меди и бора методом, включающим кратковременную предварительную механическую активацию (МА) смеси порошковых реагентов в высокоэнергетической планетарной шаровой мельнице (ВЭШМ) с последующим самораспространяющимся высокотемпературным синтезом (СВС) и дополнительную МА продуктов СВС. Весьма существенным является тот факт, что в результате СВС в предварительно механоактивированных смесях в агломератах состава 40%ТiВ2 – 60% Сu. создаются частицы TiB2 c размерами 100 нм. Размер агломератов находится в пределах 1 10мкм.

При изготовлении конечного механолегированного материала полученный нанокомпозит разбавляется основой материала. В качестве основы в работе, наряду с ВОМ, использовалась электролитическая медь ПМС-1. Количество нанокомпозита бралось из расчета содержания диборида титана в конечном материале.

Были приготовлены заготовки из механолегированных порошков ВОМ – 3 10 % TiB2 и медь ПМС-1 – 3 10 % TiB2. Разбавление продуктов СВС материалом – основой производилось в ВЭШМ с одновременной их МА. Конечный механолегированный материал после механической активации контролировался с помощью рентгенофазового анализа (РФА) и сканирующей электронной микроскопии.

Механолегированные порошки обоих сплавов подвергались прессованию. Для получения микрокристаллическиких структур в целом объеме компактов и сохранения микроструктуры исходного материала использовали квазидинамический метод компактирования. Метод квазидинамического прессования включал два этапа. На 1-ом этапе производилось изготовление брикетов подпрессовкой порошка до плотности 0,65 0,80% от монолита при давлении 200МПа. Полученные брикеты, хотя и имели высокую плотность, характеризуются отсутствием металлических связей между частицами. На 2-ом этапе для получения плотного материала перед допрессовкой брикеты и штамп подвергались горячей обработке. Перед выдавливанием прутков плотные брикеты нагревали в индукторе ТПЧТ – 120 (частота тока 2,5 кгц) до 1020 10400С за время от до 120с в зависимости от их размеров. Скорость деформации при изготовлении прутков составляла 0,5 с-1 (квазидинамический режим).

Иccледование состава и микроструктуры материала на всех этапах изготовления МК и проведение аттестации свойств с помощью механических испытаний.

На всех этапах производства материала, а также после механических испытаний исследовались его свойства: изучалась микроструктура с помощью оптической и электронной микроскопиии и с помощью рентгеновского микроанализатора определялся элементный состав. Спрессованный материал представляет мезокомпозит (МК), состоящий из основы – матрицы (ВОМ или Чистая медь) с распределенными в ней включениями –агломератами, представляющими собой 40% ТiВ2 – 60% Сu (рис.1б).

Частицы диборида титана не имеют химической связи с медью, при приготовлении шлифа медь легко вытравливается из включений, обнажая форму частиц ТiВ2. Измеренный средний размер частиц 100 нм соответствует их величине после изготовления агломератов.

Установлено, что квазидинамический метод изготовления монолитного материала, характеризуемый большими деформаацией и скоростью деформации ( 300%, 0.5,5 с1), привел к уменьшению на порядок размера агломератов (от 5 10 мкм до 0. 2 мкм). Условия компактирования определили самоорганизацию структуры конечного материала. Соразмерность включений с размером зерен основы композита позволили определить полученный материал, как мезокомпозит – МК.

Проведено исследование механических свойств: измерение Hv –микротвердости и испытание на сжатие. Предварительные исследования показали (табл. 4), что микротвердость МК с основой ВОМ несколько выше МК с основой чистая медь. Это определено свойствами основы (Hv ВОМ практически в 2 раза больше Hv меди). Следует отметить высокую термостабильность МК, не зависящую от его основы.

Табл.4.

Основа – диборид Cu-5% TiB2 Cu-7%TiB2 Cu- ВОМ- ВОМ- ВОМ титана(мас.%) 10%TiB2 5% TiB2 3% TiB Hvисх 166 183 224 195 175 Hvотж. 9500 10час 155 176 212 197 172 Испытания на сжатие позволили получить данные о зависимости пределов текучести МК как от основы материала, так и от количества диборида титана. При равном процентном содержании TiB2 (5%) в материале с основой ВОМ s =650 МПа, с основой чистая медь s =450 МПа, при этом пластичность последнего существенно выше. Эти данные показывают большое влияние основы материала на прочностные характеристики.

С другой стороны, очевидна необходимость исследования широкого комплекса механических свойств после различных видов обработки полученного материала в совокупности с определенными ими микроструктурами характеристиками. Это позволит определить оптимальный состав МК и механизмы деформирования, определяющие функциональные характеристики материала.

Публикации Монография – Статьи в научных журналах – Доклады в трудах конференций – Доклады на конференциях Международные конференции – (из них на территории России) – Всероссийские конференции – Научно-педагогическая деятельность Проф. И.В.Яковлев НГУ – лекции и семинары: “Теоретическая механика”.

Научно-исследовательская работа со студентами и аспирантами Аспирантов ИГиЛ – Кадровый состав (на 01.12.2009 г.) Всего сотрудников – Научных сотрудников – в том числе: докторов наук – ОТДЕЛ ФИЗИЧЕСКОЙ ГИДРОДИНАМИКИ Заведующий отделом д.ф.–м.н. В.К.Кедринский Лаборатория механики многофазных сред и кумуляции Лаборатория вихревых движений жидкости и газа Лаборатория физики высоких плотностей энергии ЛАБОРАТОРИЯ МЕХАНИКИ МНОГОФАЗНЫХ СРЕД И КУМУЛЯЦИИ Заведующий лабораторией д.ф.–м.н. В.К.Кедринский ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ • Механика кавитационного разрушения многофазных жидких сред при импульсном и квазистатическом нагружении.

• Генерация, взаимодействие и усиление волн в многофазных и кавитирующих средах с пузырьками свободного и химически активного газа.

• Экспериментальные и теоретические исследования диссипативных процессов и физико-химических превращений в кумулятивных течениях (кумулятивный синтез), в том числе, при их взаимодействии с поверхностями мишеней.

• Теоретические исследования и экспериментальное моделирование динамики состояния магмы при взрывных извержениях вулканов.

Тематика лаборатории соответствует приоритетному направлению фундаментальных исследований РАН:

3.5. Общая механика, динамика космических тел, транспортных средств и управляемых аппаратов;

биомеханика;

механика жидкости, газа и плазмы, неидеальных и многофазных сред;

механика горения, детонации и взрыва.

программе Сибирского отделения РАН:

3.5.7. Нестационарные процессы при высоких плотностях энергии в гидродинамике однородных и многофазных сред (структура течений, синтез наноструктурных соединений, волновые процессы).

РЕЗУЛЬТАТЫ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ ПРОГРАММЫ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СО РАН ПРОЕКТ: 3.5.7.1. Нестационарные явления в многофазных средах: динамика структуры, кумулятивные течения, ударные волны и кавитация (н.г. 01.2.007 06893).

Кумулятивный синтез. Продолжены исследования по созданию физико математической модели расчета ударной адиабаты многокомпонентной смеси порошковых материалов при взрывном нагружении. В модели используется уравнение состояния типа Ми-Грюнайзена с учетом зависимости коэффициента Грюнайзена в явном виде от температуры. Модель основана на предположении, что все компоненты смеси при ударно-волновом нагружении, включая газ в порах, находятся в термодинамическом равновесии. В исследованиях текущего года показано, что разрабатываемая модель адекватно описывает известные экспериментальные результаты по двойному ударному сжатию и изоэнтропической разгрузке сплошных и пористых материалов. В частности, показано соответствие данным при разгрузках до давлений меньше 0,1 ГПа, что позволяет использовать данную модель для расчета остаточного сжатия материала после динамической нагрузки.

Продолжены исследования по кумулятивному синтезу с использованием различных смесей с целью получения новых фаз и соединений, а также высокотвердых материалов и покрытий. Проведены эксперименты по нанесению покрытия из смеси порошков TiB2+B4C+W+(Ti+2B), взятых, соответственно, в соотношении 1:1:2:1 по объему.

Покрытие наносилось на титановую подложку, угол раствора кумулятивной облицовки 30°. Рентгендифрактометрическое исследование поверхности проведено по точкам на автоматизированном дифрактометре ДРОН-3М. Рентгенофазовый анализ показал наличие четырех кристаллических фаз: TiB2, -WB, W2B и W. Вторая и третья фазы были синтезированы в кумулятивном процессе, поскольку в первоначальной смеси они отсутствовали.. Проведены измерения микротвердости по Виккерсу при нагрузке 100 г.

Средняя микротвердость шайбы из центральной области составила 1600 кг/ мм2, но на отдельных участках достигала максимальной величины 4287 кг/ мм2 (42 ГПа). Отметим, что микротвердость TiB2 по Виккерсу с нагрузкой 50 г составляет 3400 кг/мм2.

Микротвердость боридов вольфрама для W2B составляет 2420 кг/мм2, для -WB – кг/мм2. Для высокотемпературной модификации -WB данных о микротвердости нет.

Таким образом, эти эксперименты показали перспективность использования смесей на основе титана, вольфрама и бора для получения сверхтвердых покрытий.

2. Экспериментальное исследование динамики структурной вязкости при сдвиговом нагружении. В выполненной за отчетный период работе исследовался механизм расслоения высоковязкой изотропной жидкой среды на отдельные фрагменты. В качестве исследуемых жидких образцов использовались вода и высоковязкая полярная жидкость – глицерин, обладающий некоторой структурной упорядоченностью, вязкость которого можно варьировать в широких пределах, изменяя температуру образца. Анализ динамики структуры вязкого образца показал, что, как и следовало ожидать, разрушение воды под действием растягивающего напряжения носит кавитирующий характер. Динамика структуры вязкого образца (вязкость µ = 1,26 Па·с) заметно отличается: в среде формируются продольные полосы – локальные зоны изменения ее макроструктуры, что со временем приводит к образованию слоистой структуры. При дальнейшем увеличении вязкости образца ( µ = 1,7 Па·с) структура течения по-сути сразу приобретает слоистый струйный характер и со временем, вне канала, разделяется на отдельные волокнистые образования. Для определения механизма формирования волокнистых образований из слоистой структуры среды рассматривалась задача о сдвиговом течении высоковязкой жидкости, в которой было показано, что механизм, определяющий наблюдаемый в экспериментах процесс разделения жидкого объема на волокнистые структуры после его извержения из канала, можно обосновать в приближении установившегося течения упруго-пластически-вязкой жидкости в цилиндрическом канале. Предполагалось, что механизм наблюдаемого эффекта связан с наличием в среде уже в исходном состоянии продольных структурных образований. Однако, как показано в выполненных экспериментах, волокнистый характер вязкого разрушения наблюдается и в изотропных полярных жидкостях, не имеющих в исходном состоянии продольных неоднородностей структуры, а эффекты стратификации потока по вязкости в них тем интенсивнее, чем выше исходное значение вязкости. На основании анализа результатов исследования упомянутой модели сделан вывод о том, что механизмом, определяющим волокнистый характер фрагментации структурированных сред является сдвиговая неустойчивость их структуры, формирующая регулярно чередующиеся зоны с пониженной и невозмущенной вязкостью в жидкостях, а в твердых средах формирующая макролокализацию пластического течения.

3. Динамика фазового состояния жидкого расплава магмы и механизм ее разрушения при взрывной декомпрессии. На данном этапе исследовалась нестационарная двумерная осесимметричная задача о динамике состояния вязкого расплава и развития погранслоя на стенке канала в начальной стадии формирования потока магмы за фронтом волны декомпрессии. Течение кавитирующего магматического расплава описывалось в рамках математической модели, включающей систему законов сохранения для средних давления, массовой скорости и плотности, и кинетику, определяющую основные физические процессы в магме: частоту нуклеации пузырьков, динамическую вязкость, объемную концентрацию газовой фазы, уравнения Релея для радиусов кавитационных пузырьков, диффузии и динамики объемной доли зарождающихся ядер кавитации.

Граничные условия включают равенство нулю компонентов скорости на стенке канала и радиальной компоненты скорости на оси симметрии. Заданы давления на свободной границе и на границе с магматической камерой. Расчеты проводились при следующих условиях: начальная высота столба магматического расплава H = 1 км, рассматриваемый диапазон радиусов канала R = 10 100 м, давление в очаге вулкана pch = 170 МПа, температура T = 1150 K, начальная плотность магматического расплава 0 = 2300 кг/м3, начальное значение весовой концентрации растворенного газа C0,i = 5,7 %. С целью верификации модели был проведен предварительный анализ «классической» задачи о развитии погранслоя в расплаве магмы с задаваемой постоянной вязкостью, не исключая из расчета диффузионные процессы и нуклеацию. Численный анализ структуры поля массовых скоростей расплава в канале 10 - метрового радиуса был проведен для трех значений вязкости, который показал, что уже при вязкости 105 Па·с. погранслой практически по всей глубине перекрывает канал 10-ти метрового радиуса, а при 107 Па·с.

– 100-метрового. Численный анализ динамики состояния магматического расплава с динамически растущей вязкостью и интенсивными процессами диффузии и кристаллизации показал, что структура потока определяется процессом диффузии, интенсивно развивающейся кавитации и возникновением сильного градиента вязкости вдоль столба магмы, значение которой в окрестности вулканической камеры оказывается на несколько порядков меньше, чем вблизи свободной поверхности. Этот градиент приводит к эффекту склерозирования канала: ширина погранслоя выше уровня в 900 м.

резко возрастает, перекрывая от 70 до 80 % (по радиусу) сечение канала и формируя своеобразную «диафрагму», которая образует в окрестности оси узкий канал глубиной около 200 м.

Возможность практического применения. Исследования, выполняемые в рамках проекта, направлены на создание фундаментальных основ для разработки критических технологий в рамках разделов:

Экология и рациональное природопользование • Технологии снижения риска и уменьшения последствий природных и техногенных катастроф.

Индустрия наносистем и материалы • Технологии создания кристаллических материалов.

• Технологии создания и обработки материалов со специальными свойствами.

РОССИЙСКИЙ ФОНД ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЕКТ: Динамика многофазного состояния вязкой магмы и структура волн разрежения в поле тяжести при комбинационной нуклеации в начальной стадии взрывного извержения вулканов (09-01-00500).

Результаты включены в раздел 3.

ПРОГРАММЫ ПРЕЗИДИУМА РАН ПРОЕКТ: Динамика состояния сверхсжатой магмы в волнах декомпрессии при взрывных извержениях вулканов (№ 12.12).

Разработана и создана электромагнитная ударная труба (УТ) с мощным емкостным накопителем до 5 кДж из четырех мало-индуктивных импульсных конденсаторов К41-У 100мкФ5 кВ с комбинированным диэлектриком и касторовой изоляцией. Принцип действия УТ такого типа основан на создании импульсного магнитного поля в зазоре между плоской спиральной катушкой, на которую разряжается батарея конденсаторов, и находящейся над ней мембраной, служащей своеобразным поршнем и расположенной в основании рабочей секции УТ. Регистрацию динамики структуры нагруженного образца планируется производить на ImagePlate – соединение Ва-F-Br: Eu (барий-фтор-бор, активируемые европием).

Продолжалось исследование динамики состояния магмы в волнах декомпрессии в рамках математической модели механики многофазных сред в условиях гомогенной нуклеации. Основная задача данного этапа исследований – анализ влияния относительной толщины диффузионного слоя rdl на скорость и плотность насыщения кавитационной зоны ядрами кавитации и оценка роли диффузии в структуре волнового поля. Расчет показал, что с увеличением толщины диффузионного слоя в интервале rdl = 2 плотность насыщения зоны кавитационными зародышами уменьшается на пять порядков.

Численный анализ особенностей динамики исследуемых параметров процесса показал:

формирование фронта полной нуклеации сопровождается резким скачком диффузии и скачком радиуса зародыша Rb до 40 мкм. Распределения вдоль столба магмы давления в среде P и в пузырьках газа Pg практически сразу за скачком Pg полностью совпадают в обоих случаях – интенсивной и запрещенной диффузии. В условиях интенсивных диффузионных процессов в диапазоне уровней от 750 до 1000 м к моменту времени 0.2 с оказалось: поле массовых скоростей за фронтом зоны насыщения существенно неоднородно - зафиксирован скачек скорости на 60 – 70 м/с, а давление в кавитирующей магме в этом диапазоне в среднем на 20 – 30 МПа превышает распределение при запрещенной диффузии.

ИНТЕГРАЦИОННЫЕ ПРОГРАММЫ СО РАН ПРОЕКТ: Нелинейные волны и процессы переноса за волной в двухфазных системах (№ 59).



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.